نقش کودهای حاوی گوگرد در رشد گیاهان و اصلاح خاکهای آهکی
منشاء غذای حیوانات و انسان از گیاهان می باشد، برای حصول به امنیت غذایی دراز مدت در جوامع انسانی، باید مقدار تولید در زمین های كشاورزی و به عبارت دیگر تولید محصول در هر واحد از زمین های كشاورزی افزایش یابد. تامین عناصر مورد نیاز برای رشد گیاهان یکی از مهمترین عوامل مرتبط با تولید محصول مناسب است كه حفظ حاصلخیزی خاك و پیشگیری از تخریب آن در دراز مدت را نیز میسر می سازد. امروزه از كودها به عنوان ابزاری برای نیل به حداكثر تولید در واحد سطح استفاده می شود منتها این كودها بایستی بتوانند علاوه بر افزایش تولید، كیفیت محصولات كشاورزی را ارتقاء دهند. اثر گوگرد بر رشد گیاهان غیر قابل انکار است. گزارش های متعددی از تأثیر مثبت گوگرد به عنوان یک ماده ارزان قیمت و فراوان در افزایش فرم محلول و قابل جذب عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در خاك و بهبود وضعیت تغذیه گیاهان ارائه گردیده است. نتایج پژوهش ها نشان داده است مصرف گوگرد نه تنها به عنوان عنصر غذایی مورد نیاز گیاه، بلکه بیشتر به لحاظ اثرات مفید این عنصر در اسیدی کردن موضعی خاك و افزایش قابلیت استفاده عناصر غذایی از جمله فسفر، منگنز، آهن، روی و مس اهمیت دارد. کود مایع ارگانیک گوگردی زرگرین با توجه به ماهیت آن که تهیه شده از بافت گیاهی همراه با ترکیبات غیر معدنی می باشد جهت استفاده در تمامی محصولات و خاک های با pH قلیایی اثرات مفید و مثبتی بر بهبود کیفیفت و کمیت محصولات کشاورزی دارد.
واژهای کلیدی: ارگانیک، عناصر غذایی، گوگرد، خاک آهکی، زرگرین.
انسان بارها در طول تاریخ با قحطی ناشی از کمبود محصولات کشاورزی روبرو شده است. ترس از قحطی یک فشار سیاسی قوی است که خودکفایی در تولید محصولات غذایی را در بیشتر کشورها به یک هدف سیاسی مهم تبدیل کرده است. با این حال و با وجود قحطی های مقطعی در برخی نقاط دنیا، عرضه و تامین غذا تاکنون نیازهای جمعیت روبه رشد جهان را برآورده ساخته است. بخشی از این موفقیت از طریق به زیر کشت درآوردن زمین های جدید بوده است اما از دهه 1950 عمده افزایش تولید محصولات غذایی ناشی از افزایش تولید در واحد سطح بوده است. این افزایش تولید محصولات کشاورزی از 3 طریق محقق شده است :
1. پیشرفت در علم و فناوری مانند درک چگونگی جذب عناصر غذایی خاک توسط گیاه برای رشد
2. پیشرفت در تولید و استفاده از این عناصر غذایی
3. پیشرفت در مدیریت، حفاظت، آبیاری و اصلاح گیاهان زراعی
همانطورکه دستگاه های مختلف بدن انسان در اثر نقصان یا کمبود بعضی از مواد غذایی دچار اختلالات و بیماری می گردند گیاهان و نباتات نیز موجودات زنده ای هستند که مواد غذایی و عناصر مختلف مورد نیاز خود را دریافت نموده و آن ها را به انرژی، سلول و بافت تبدیل می نمایند و نقصان و کمبود هر عنصر و یا ماده غذایی در باروری و میزان تولید، سلامتی و میزان مقاومت آن ها در برابر امراض و حشرات موثر می باشد ضمناّ تعادل و نسبت عناصر و مواد غذایی نیز در تغذیه گیاهی نقش مهمی را ایفا می نماید. باید توجه داشت همانطور که دستگاه های بدن انسان مواد غذایی لازم را از طریق غذاهای مختلف کسب می نماید گیاهان نیز مواد و عناصر غذایی مورد نیاز خود را از محلول خاک و انواع کودهایی که به خاک داده می شود جذب می کنند.
گوگرد با نماد شیمیایی S و نام لاتین Sulfur نام یک عنصر شیمیایی است که با عدد اتمی 16 در گروه ششم و دوره سوم از جدول تناوبی عناصر جای گرفته است. گوگرد پنجمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین است که مقدار آن از 06/0 تا 1/0 درصد متغییر می باشد. این عنصر در ساختار اسید آمینه های سیستئین، متیونین، تائورین و همچنین برخی از آنزیم ها وجود دارد. از گوگرد در بهبود کیفیت خاک استفاده می نمایند. کودهای شیمیایی که گوگرد در تهیه آن ها نقش دارد شامل سوپرفسفات، آمونیوم فسفات، آمونیوم سولفات، آمونیوم تیوسولفات، دی آمونیوم سولفات و … می باشند. گوگرد به طور عمده از طریق ریشه از محلول خاک و به فرم سولفات جذب گیاه می شود. مهمترین ناحیه جذب سولفات در ریشه منطقه تارهای کشنده است. جذب سولفات در اسیدیته 4 حداکثر است و با افزایش pH کاهش می یابد. کمبود گوگرد در خاک-هایی که آبشویی شده و یا به شدت در معرض شستشو قرار دارند مشاهده می شود. در این شرایط و در جهت رفع کمبود می بایستی گوگرد را به صورت کود به خاک اضافه کرد (19).
گوگرد چهارمین عنصر ضروری گیاه بعد از ازت، فسفر و پتاسیم شناخته شده است (جمال و همکاران، 2010 ). بطور عمده شکل قابل جذب گوگرد توسط گیاه سولفات است که از طریق ریشه جذب می شود. بخش کوچکی از نیاز گوگردی گیاه به صورت SO2 از طریق جذب برگی می تواند تامین گردد، البته غلظت بالای SO2 در اتمسفر برای گیاه سمی می باشد. مکانیسم جذب سولفات مشابه سایر آنیون ها به ویژه فسفات است. جذب سولفات مانند فسفات دارای دو مرحله جذب فعال و غیرفعال می باشد، که نقش جذب غیرفعال سولفات معمول تر است. در جذب غیرفعال، سولفات آنیون بیکربنات تبادلی را از سطح ریشه براساس قوانین مربوطه جابه جا می کند و خود جذب سطوح ریشه می شود، اما این سرعت جا به جایی در سطح ریشه از نیترات و کلر کمتر و برابر فسفات است (3،2). غلظت گوگرد در گیاه بسته به نوع گیاه، اندام گیاه (دانه یا ساقه) و مرحله فنولوژیکی کاملاً متفاوت می باشد. ملکوتی و همکاران ( 4 ) و دلوچ ( 6 )، متوسط غلظت بهینه گوگرد درگیاهان را در دامنه 1/0 تا 5/0 درصد وزن خشک گیاه گزارش کردند.
نقش های گوگرد در گیاه بسیار متنوع می باشد که عبارتند از:
1. گوگرد در سنتز اسیدهای آمینه (سیستئین و متیونین) که اجزاء اصلی سازنده پروتئین می باشند، نقش فعالی دارد. بنابراین کمبود گوگرد در گیاه با تجمع ازت به شکل NH2 و NO3 در برگ ها همراه می باشد.
2. یکی از نقش های اصلی گوگرد در پروتئین، تشکیل پیوندهای دی سولفید بین زنجیره های پلی پپتیدی است که نقش اساسی در پیکربندی و خصوصیات ساختمانی پروتئین ها دارد.
3. گوگرد برای سنتز کوآنزیم A که در اکسیداسیون و سنتز اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه نقش موثری دارد، ضروری می باشد.
4. گوگرد در تشکیل کلروفیل گیاه موثر می باشد.
5. گوگرد جزء اساسی فردوکسین می باشد که نقش فعالی در احیاء نیترات و سولفات دارد.
6. گوگرد در کمیت و کیفیت روغن و پروتئین نقش موثری دارد (17).
اثر گوگرد بر رشد گیاهان غیر قابل انکار است، بررسی سکستون و همکاران (20) بر روی سویا نشان داد كه كمبود گوگرد موجب محدودیت تولید پروتئین شده و رشد برگهای جدید را كاهش می دهد. عدم رشد كافی بر گ های جدید سبب محدودیت تولید مواد فتوسنتزی شده و در نهایت سنتز آنزیم رابیسکو را نیز كاهش می دهد. كاهش میزان فتوسنتز و محدودیت منابع مورد نیاز كاهش رشد و تقسیم سلولی را به دنبال دارد )1). در بررسی حسن و همکاران (10) بیان گردید كه ارتفاع بوته آفتابگردان با افزایش میزان گوگرد افزایش می یابد. تعداد شاخه در گیاه نیز تحت تاثیر گوگرد قرار می گیرد. به طوری كه در آزمایش انجام گرفته بر روی كلزا مشاهده گردید كه بیشترین تعداد شاخه در بیشترین میزان گوگرد مصرفی 90 كیلوگرم گوگرد در هکتار به دست آمد. در حالی كه كمترین تعداد شاخه، زمانی مشاهده شد كه هیچ گوگردی به كاربرده نشده بود (12).
گوگرد عنصری برای اصلاح خاک های سدیمی و خارج کردن سدیم جذب سطحی شده آن ها و جایگزینی کلسیم بکار می رود. اکسایش ترکیبات گوگردی، به خصوص گوگرد عنصری از واکنش های مهم در اکوسیستم ها است، چرا که محصول نهایی این عمل یعنی سولفات، باعث اسیدی شدن خاک می شود. اکسیداسیون گوگرد عنصری و تبدیل آن به اسید سولفوریک به ویژه در خاک های آهکی برای کاهش اسیدیته، تامین سولفات و افزایش فراهمی فسفر و عناصر غذایی کم مصرف (آهن، روی و …) و اصلاح خاک مفید است (18). گوگرد به دلیل ظرفیت اکسیده شدن و تولید اسید سولفوریک پتانسیل لازم برای کاهش اسیدیته خاک را حداقل در مقیاس کوچک دارا می باشد بنابراین می توان بخصوص در منطقه ریزوسفر در انحلال ترکیبات غذایی نامحلول و آزاد شدن عناصر ضروری موثر واقع شود. کاربرد گوگرد در خاک قلیایی میزان انحلال آنیون ها و کاتیون ها را بیشتر کرده و آبشویی این نمک ها را افزایش می دهد، همچنین باعث افزایش ضریب هدایت الکتریکی و کاهش pH در مقایسه با خاک بدون کاربرد گوگرد می شود (9).
علاوه بر اهمیت گوگرد در تغذیه گیاه، این عنصر قدیمی ترین قارچكش شناخته شده توسط بشر نیز می باشد. استفاده از سولفات در شرایط درون شیشه ای برای ایجاد مقاومت علیه قارچ های بیماری زای مختلف مفید ولی معمولاً علیه باكتری های بیمارگر بی اثر اعلام شده است. همچنین اثر گوگرد گازی به شكل سولفید هیدروژن (H2S) روی بیمارگرهای بیماری زا هنوز مورد بحث می باشد (13). گوگرد با داشتن خاصیت قارچكشی و تقویت سیستم دفاعی گیاه می تواند در كشت آلی و تولید محصول سالم مورد استفاده قرار بگیرد. تركیبات دفاعی گوگرد دار برای زنده ماندن گیاهان تحت تنش زیستی و غیرزیستی بسیار حیاتی هستند. این تركیبات شامل گوگرد عنصری، H2S گلوتاتیون، فیتوكلاتین ها، تركیبات ثانویه مختلف ( مانند گلیكوزینولات ها در خانواده كلم ها) و پروتئین های غنی از گوگرد هستند. زمانی كه گیاه در معرض انواع تنش قرار می گیرد، ساخت تركیبات دفاعی گوگرددار در اثر اسید جاسمونیك و سایر پیام ها افزایش می یابد كه به نظر می رسد این تركیبات تأثیر مهمی روی پتانسیل دفاعی گیاه داشته باشند. گلوتاتیون ، سیتوزول و سایر بخش های سلولی را در مقابل گونه های فعال اكسیژنی كه در شرایط تنش تولید می شوند، حفاظت می كند (16).
بسیاری از تحقیقات و کاربرد کودهای مختلف گوگردی نشان داده اند که کودهای حاوی گوگرد می توانند به طور قابل توجهی کیفیت محصول و مقاومت در برابر بیماری را بهبود بخشند و تأثیرات مثبت بر روی جذب کودهای نیتروژن، فسفر و پتاسیم داشته باشند. تانگاسمی و همکاران (22) با بررسی اثرات گوگرد برروی سیر بیان کردند استفاده از گوگرد باعث افزایش تولید سیر بدون به خطر انداختن کیفیت تغذیه‌ای آن می‌شود. اگرچه جذب کل گوگرد، اسید پیروویک و فنل کل در دوزهای گوگرد بالا افزایش یافت، این افزایش به عملکرد بالاتر منجر نشد. چاودوری و همکاران (5) در بررسی اثرات کود گوگردی بر روی گیاه آلوئورا بیان کردند کاربرد سطوح مختلف گوگرد تأثیر معنی‌داری بر رشد و عملکرد برگ نشان داد. آن ها بیان کردند که اثر گوگرد بر پارامترهای رشد و همبستگی مثبت و معنی‌دار آن ها با عملکرد نشان‌دهنده اهمیت گوگرد بر عملکرد و کیفیت آلوئورا است. در مطالعه ی شیوای و همکاران (21) بر روی عملکرد برنج، بیان کردند که گیاه تا بالاترین سطح (45کیلوگرم در هکتار) به استفاده از کود گوگرد پاسخ مثبتی داد. کوددهی گوگرد باعث افزایش غلظت پروتئین خام و گوگرد در دانه برنج شد. بنابراین، کوددهی گوگرد هم عملکرد دانه و هم غلظت گوگرد را در دانه برنج افزایش داد. راندال و همکاران (15) همچنین پاسخ خوبی از برنج به کوددهی گوگردی را ثبت کردند. همچنین رابطه مثبتی بین عملکرد دانه و غلظت گوگرد در دانه برنج ناشی از کوددهی گوگرد گزارش کردند. افزایش عملکرد دانه گندم نیز به دلیل کوددهی گوگرد توسط چندین محقق گزارش شده است (14، 11، 7). گالجونز و همکاران (8) همچنین افزایش غلظت گوگرد را به دلیل کوددهی گوگرد گزارش کردند اگرچه افزایش قابل توجهی در عملکرد مشاهده نشد.
در بسیاری از خاك های ایران به دلیل مقدار کربنات کلسیم و pH بالا، فرم محلول و قابل جذب اغلب عناصر کمتر از مقدار لازم برای رشد و نمو مناسب گیاه می باشد.pH خاك یکی از مهمترین خصوصیات شیمیایی خاك می باشد که در حلالیت و انتقال یون ها مؤثر است. در مناطق خشک و نیمه خشک، مواد آلی و ترکیبات تولید کننده اسید مانند کودهای گوگردی برای کاهش pH به خاك اضافه می شوند. گروه صنعتی پژوهشی فرهیختگان زرنام در حوزه محصولات غذایی و کشاورزی یکی از شرکت‌های گروه صنعتی پژوهشی زر می باشد. پالایشگاه غلات زر همواره به عنوان بزرگترین مجتمع اختصاصی پالایش غلات با فراوری روزانه هزاران تن غلات، علاوه بر تامین مواد مورد نیاز صنایع غذایی و دارویی سعی در رفع دغدغه های صنعت کشاورزی دارد. کود مایع ارگانیک گوگردی با برند تجاری زرگرین با بهره گیری از فرایندهای پیچیده و متفاوت با استفاده از بیس گیاهی و بهره گیری از دانش روز دنیا در کنار استفاده از ترکیبات سولفاته و تیوسولفاته تولید می گردد. این کود با دارا بودن 15 درصد گوگرد، 6 درصد نیتروژن، میزان قابل توجه 14 درصدی کربن آلی، 3 درصد اسید آمینه به فرم آزاد و نهایتا pH در محدوده 4 تا 5 ترکیب عالی جهت رشد همه گیاهان فراهم آورده است.
بررسی های انجام شده در مورد تغییرات گوگرد در خاک نشان می دهد که گوگرد همراه نیتروژن و به صورت سولفات با کارایی بهتری در خاک عرضه و به مصرف گیاه می رسد. با توجه به اهمیت نقش نسبت N/S در تولید پروتئین، فعالیت های آنزیمی و رشد گیاه و اهمیت وجود نسبت بهینه این دو عنصر،کاربرد کودهای گوگردی حاوی نیتروژن در مجموع اثرات مثبتی در متعادل کردن این نسبت می توانند داشته باشند. کود مایع ارگانیک گوگردی زرگرین حلالیت بالایی دارد و می توان از طریق آب آبیاری و محلول پاشی استفاده کرد. گوگرد موجود در این کود هم به صورت سولفات و هم گوگرد عنصری می باشد لذا در هنگام افزودن کود مایع گوگردی زرگرین به خاک سولفات آن بلافاصله قابل استفاده است در حالی که گوگرد عنصری آن توسط اکسیداسیون باکتری ها به سولفات تبدیل شده و در درازمدت بصورت آهسته برای گیاه قابل جذب خواهد بود. این کود تاثیر بسزایی در کاهش pH خاک دارد و همچنین با توجه به حضور ماده آلی در این کود در دراز مدت سبب اصلاح و بهبود خصوصیات فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیکی خاك می شود.
[1] آقایی، پ. و شریعتی، م1386. اثر كمبود سولفور بر رشد سلولی، تولید بتاكاروتن، كلروفیل و فتوسنتز در جلبک Dunaliella salina جدا شده از مرداب شور گاوخونی اصفهان. مجله زیست شناسی ایران. 20 (2) 153-161.
[2] رضایی، ح.، و ملکوتی، م. ج. 1379 . چگونگی تأمین نیاز غذایی دانه های روغنی. قسمت دوم: مصرف بهینه کود در زراعت کلزا. نشریه فنی شماره 186 . نشر آموزش کشاورزی. معاونت تات، وزارت کشاورزی، کرج، ایران. 38 ص.
[3] سالاردینی، 1384 . حاصلخیزی خاك. انتشارات دانشگاه تهران، چاپ هفتم، 434 ص.
[4] ملکوتی، م. ج.، کریمیان، ن.، و کشاورزی، پ. 1384. روش جامع تشخیص و مصرف بهینه کودهای شیمیایی. انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، چاپ ششم، 232 ص.
[5] Chowdhury, A. H. S. Taslima, R. Arifur, K. S. Biplob, C. Tanzin, T. Subrata. 2020. Sulphur fertilization enhanced yield, its uptake, use efficiency and economic returns of Aloe vera L. Heliyon 6 (2020) e05726.
[6] Deloch, W. H. 1960. Analytical determination of sulfur in biochemical materials and the uptake of sulfur by crops in relation to fertilizer application. Ph. D. thesis, Giessen: Justus Liebig Fakultät Giessen.
[7] Ercoli, L., I. Aduini, M. Mariotti, L. Lulli, and A. Masoni. 2012. Management of sulfur fertilization to improve durum wheat production and minimize leaching. European Journal of Agronomy 38: 74–82.
[8] Gallejones, P., A. Castelloin, A. delPedro, O. Unamunanzega, and A. Aizurua. 2012. Nitrogen and sulphur fertilization effect on leaching losses, nutrient balance and plant quality in a wheat rapeseed rotation under a humid Mediterranean climate. Nutrient Cycling in Agroecosystems 93: 337–355.
[9] Hall, M. Forms of sulfur fertilizer. North Dakota State University Agriculture and University Extension. 2009.
[10] Hassan, F. U., Hakim, S. A., Manaf, A., Qadir, G. and Ahmad, S. 2007. Response of Sunflower (Helianthus annus L.) to Sulphur and Seasonal Variations. International Journal of Agriculture & Biology 3: 499-503.
[11] Jarvan, M., L. Eldesi, A. Adamson, L. Lukme, and A. Akk. 2008. The effect of sulfur fertilization on yield, quality of protein and baking properties of wheat. Agronomy Research 6: 459–469.
[12] Khan, N., Jan, A., Ijaz, I. Khan, A. and Khan, N. 2002. Response of Canola to Nitrogen and Sulphur Nutrition. Asian Journal of Plant Sciences 5(1): 516-518.
[13] Kruse C., Jost R., Lipschis M., Kopp B., Hartmann M. and Hell R. 2007. Sulfur enhanced defense: effects of sulfur metabolism, nitrogen supply, and pathogen lifestyle. Plant Biology 9:608-619.
[14] Lang, B., Sawyer, J., and S., Barnhart. Dealing with sulphur deficiency in northeast iowa alfa alfa production. Integrated Crop Management Conference. Iowa State University, Ames. 2006: IA. 225-235.
[15] Randall, P.J., J.R. Freney, and K. Spencer. 2003. Diagnosing sulfur deficiency by grain analysis. Nutrient Cycling in Agroecosystems 65: 211–219.
[16] Rausch T. and Wachter A. 2005. Sulfur metabolism: a versatile platform for launching defense operations. Trends in Plant Science 10:503-509.
[17] Salvagiotti, F., Ferraris, G., Quiroga, A., Barraco, M., Vivas, H., Prystupa, P., Echeverria, H., and F. H., Boem. Identifying sulfur deficint fields by using sulphur content; N:S ratio and nutrient stoichiometric relationships in soybean seeds. Field Crops Research.2012: 135. 107-115.
[18] Sameni, M. and A., Kasraian. Effect of Agricultural Sulfur on characteristics of different calcareous soils from dry region of Iran. I: Disintegration rate of Agricultural Sulfur and its effects on chemical properties of the soils. Department of Soil Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran. Comm Soil Sci Plant Anal. 2004: 35:9, 1219-1234.
[19] Scherer, H. W. Sulphur in crop production. Eur.J.Agr. 14. 2001: 81-111.
[20] Sexton, P. J., Batchelor, W. D. and Shibles, R. 1997. Sulfur Availability, Rubisco Content and Photosynthetic Rate of Soybean. Crop Science 37: 1801-1807.
[21] Shivay. S. Y., P. Rajender and P. Madan. 2014. Effect of Levels and Sources of Sulfur on Yield, Sulfur and Nitrogen Concentration and Uptake and S-Use Efficiency in Basmati Rice. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 45:2468–2479.
[22] Thangasamy., A, G. Kalyani, H. G. Pranjali, A. Shabeer, J. Manjusha, B. Kaushik, S. Major. 2021. Effects of sulfur fertilization on yield, biochemical quality, and thiosulfinate content of garlic. Scientia Horticulturae 289 (2021) 110442.